微咸水滴灌棉田水氮利用效率研究

论文摘要

[目的]水、氮是干旱区农业生产的主要限制因素,因此提高水氮利用率是优化管理的重要目标。本研究旨在探讨微咸水滴灌棉田土壤水、盐和氮素的分布,阐明不同灌溉水盐度条件下灌水量与施氮量对水、盐、氮淋洗及棉花水氮利用率的影响,为合理的利用微咸水,提高水氮利用率提供理论依据。[方法]采用田间试验和微区模拟土柱试验相结合的方法研究滴灌棉田土壤水、盐、氮分布与淋洗。试验设置灌溉水盐度、灌水量和施氮量三个因素,灌溉水盐度为0.35（淡水）、4.61和8.04dS m-1三个水平（以S1、S2、S3表示）；灌水量分别为405和540 mm（以W1、W2表示）；氮肥施用量为240和360 kg·hm-2（以N1、N2表示）。研究中应用15N同位素示踪方法探讨咸水滴灌棉田氮肥的主要去向,并通过农田水量平衡计算分析不同水氮管理措施对滴灌棉田灌溉水利用效率的影响。[主要结果]（1）棉花生长期间,土壤0-1 m储水量和平均盐度（EC1：5）随着灌溉水盐度和灌水量的增加而增加。高灌量（540 mm）处理土壤储水量比低灌量（405mm）平均增加12.67%。高盐处理（8.04dS m-1）土壤储水量最高,比低盐（4.61 dS m-1）和淡水（0.35 dS m-1）处理分别增加14.29%和27.03%。低盐（4.61 dS m-1）和高盐（8.04 dS m-1）处理土壤0-1m平均盐度（EC1:5）比淡水（0.35 dS m-1）处理平均增加130.43%和211.87%。随着施氮量的增加,0-1m土壤硝态氮总残留量逐渐增大,同一施氮量水平条件下,随着灌溉水量和灌溉水盐度的增大,土壤硝态氮累积残留量逐渐减小（2）土壤水分渗漏量和盐分淋洗量受灌溉水盐度和灌水量影响显著,但不受施氮量影响。随着灌水量和灌溉水盐度的增大,0-1m土壤的水分渗漏量和盐分淋洗量及比例逐渐增大,不同处理间差异显著。土壤硝态氮淋洗量受灌溉水盐度、灌水量、施氮量及其交互作用显著。随着灌溉水量、灌溉水盐度和施氮量的增加,淋洗到1m土层以下的硝态氮总量显著增加。540mm灌水量处理硝态氮淋洗量较405mm增加132.12%；高氮处理（360kg·hm-2）的硝态氮淋洗量较低氮处理（240 kg·hm-2）高44.51%；高盐（8.04 dS m-1）处理的硝态氮淋洗量分别比淡水（0.35 dS m-1）和低盐（4.61dS m-1）处理平均增加321.67%和98.76%。（3）棉花干物质积累量和氮素吸收量均随着随着灌溉水量和施氮量的增大而增加。低盐处理（4.61 dS m-1）棉花干物质重和氮素吸收量最大,其次是淡水处理（0.35 dS m-1）,高盐处理（8.04 dSm-1）最低。棉花的产量受灌溉水盐度、灌水量以及灌溉水盐度、施氮量和灌溉水量三者的交互作用影响显著,本研究中S2W2N2处理的产量最高,较最小产量处理S3W2N1高34.81%。（4）咸水滴灌棉田15N总回收率在57.31%-81.02%之间,土壤15N回收率在16.15%-26.26%之间,棉花15N回收率在41.31%-58.60%之间。本研究中S2W2N1处理的总回收率最高,比最低的S3W2N2处理高42.0%。不同处理15N肥料的淋洗损失比例在1.57%-5.02%之间。随着灌溉水盐度、灌水量和施氮量的增加,15N的淋洗损失显著增加。（5）淡水（0.35 dS m-1）和低盐处理（4.61 dS m-1）的水分利用率显著高于高盐处理（8.04 dS m-1）,但前二者之间差异不显著。水分利用率随灌水量增加而降低。淡水灌溉条件下,水分利用率随氮肥用量增加显著增加；咸水灌溉条件下,灌水量低（405 mm）时,两个氮肥处理间无明显差异；但高灌水量（540 mm）时,增加氮肥用量可显著提高水分利用率。[结论]使用微咸水进行膜下滴灌,灌溉水盐度、灌水量和施氮量均不宜过高,以避免根区土壤盐分积累以及水分和氮素养分的渗漏淋洗损失。在控制好灌溉水盐度和灌水量的前提下,适当增加肥料用量有助于提高水肥利用效率,增加作物产量,减轻地下水污染风险。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究领域国内外的研究动态及发展趋势
• 1.2.1 微咸水灌溉对土壤盐分及氮素分布和迁移的影响
• 1.2.2 咸水灌溉对作物生长和产量的影响
• 1.2.3 咸水灌溉对农田水分利用效率的影响
• 1.2.4 咸水灌溉对农田氮素利用效率的影响
• 1.3 研究目标和内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 技术路线
• 第二章 试验内容与研究方法
• 2.1 试验区概况
• 2.2 试验设计与田间管理
• 2.2.1 试验设计
• 2.2.2 试验管理
• 2.3 样品采集与测定
• 2.4 测试项目与方法
• 2.4.1 土壤
• 2.4.2 植物
• 2.4.3 水
• 2.5 计算与数据处理
• 2.5.1 计算公式
• 2.5.2 数据处理方法
• 第三章 微咸水滴灌条件下土壤水、盐和硝态氮的动态分布
• 3.1 棉花生长期间土壤水分的动态变化
• 3.1.1 棉花生长期间土壤储水量的动态变化
• 3.1.2 棉花生长期间各土层土壤含水量的动态变化
• 3.2 棉花生长期间土壤盐分的动态变化
• 3.3 棉花生长期间土壤硝态氮的动态变化
• 3.4 本章小结
• 第四章 微咸水滴灌条件下土壤水、盐和硝态氮淋洗效应的研究
• 4.1 不同处理对水分渗漏淋洗量的影响
• 4.2 不同处理对盐分淋洗量的影响
• 4.3 不同处理对硝态氮淋洗量的影响
• 4.4 讨论与结论
• 4.5 本章小结
• 第五章 微咸水滴灌对棉花生长、氮素吸收和产量的影响
• 5.1 干物质积累量
• 5.2 棉花氮素积累量
• 5.3 棉花产量及其构成因子
• 5.4 讨论与结论
• 5.5 本章小结
• 第六章 微咸水滴灌对棉花水氮利用效率的影响
• 6.1 氮肥吸收比例（NDFF）
• 6.2 氮肥利用率（NUE）
• 6.3 氮肥去向
• 6.4 棉花水分利用率
• 6.5 讨论与结论
• 6.6 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 主要创新点
• 7.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 导师评阅表